（水文学及水资源专业论文）于桥水库防汛会商决策支持系统技术方法研究.pdf

中文摘要 我国洪涝灾害频发，对流域经济发展及人民生命财产安全造成直接威胁。就 当前重点防洪地区的实际情况而言，实际可行的途径是在努力提高江河防汛能力 的同时，应加强防洪减灾的非工程措施建设，以防汛信息化建设为背景，在防汛 指挥系统建设的基础上，结合高新技术建设一个高效、可靠、实用的防汛会商决 策系统。在引滦入津输水工程已经建成的情况下，于桥水库防汛决策支持系统是 加强引滦工程防汛减灾重要的非工程措施建设。 本文针对目前防汛会商决策支持系统研究中存在的问题，结合于桥水库工程 的实际情况，对于桥水库防汛会商决策支持系统设计的相关问题进行研究探讨。 主要研究内容如下： ( 1 ) 从洪水现象及危害的认识切入，思考了对已建的防洪工程措施，在努 力提高工程防汛能力的同时，防汛非工程措施建设的必要性，分析了我国防汛会 商决策支持系统发展状况与现阶段取得的研究成果及存在的问题。 ( 2 ) 本文通过b s 网络体系结构、o r a c l e 数据库管理系统、w e bg i s 、j a v a 编程技术等技术与方法的研究，研究了在于桥水库防汛会商决策支持系统建设 中，采用不同的技术和方法解决不同层面的问题。 ( 3 ) 针对现在大多数河流防汛决策支持系统存在没有考虑专家小组参与的 状况，提出了建设于桥水库防汛会商决策支持小组并分析了支持小组的支持内 容、特点和工作方式及其在防汛会商决策过程中发挥的作用。 ( 4 ) 针对目前会商决策系统主要集中在视频会议和会商信息分析这一现状， 将多目标模糊优选理论应用到于桥水库洪水调度会商决策支持中，对于桥水库不 同量级的设计洪水过程，建立决策目标函数，用有序二元对比模型确定不同的目 标权重，应用多目标模糊优选模型进行调度方案优选，向决策者提供决策支持。 并阐述了系统总体设计与建设遵循的各种原则及技术路线。 关键词：非工程措施防汛会商决策支持系统防洪调度 a b s t r a c t f l o o dd i s a s t e r sh a p p e nf r e q u e n t l yi nc h i n a s ot h et a s ko fe m e r g e n c yf l o o d c o n t r o li sv e r yd i f f i c u l t a c c o r d i n gt oa c t u a ls i t u a t i o n so ft h em a i nf l o o da r e a ，t h eb e s t w a yt oc o n t r o lf l o o d si st oa d o p tt h es t r a t e g yo fc o m b i n i n gs t r u c t u r a lm e a s u r e sw i t h n o n s t r u c t u r a lm e a s u r e s a n dt h ef l o o dc o n t r o lc o n s u l t a t i o nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mi s av e r yi m p o r t a n tp a r to fn o n - s t r u c t u r a lm e a s u r e s ，w h i c hp l a ya l li m p o r t a n tr o l ei n f l o o dc o n t r o la n dd i s a s t e r sr e d u c t i o n f l o o dc o n t r o lc o n s u l t a t i o nd e c i s i o ns u p p o r t s y s t e mo fy u q i a or e s e r v o i ri st h ei m p o r t a n tn o n - s t r u c t u r a lm e a s u r e st o s t r e n g t h e n s d i r e c t st h ey m l u a ne n g i n e e r i n g t h i sp a p e rp o i n t e do u tt h a tt h ec u r r e n tf l o o dc o n t r o lc o n s u l t a t i o nd e c i s i o ns u p p o r t s y s t e mo ft h ep r o b l e ma n da c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o ni nt h ey u q i a or e s e r v o i r f o rf l o o dc o n t r o lc o n s u l t a t i o nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mo fy u q i a or e s e r v o i rd e s i g n i s s u e sr e l a t e dt or e s e a r c h t h em a i nc o n t e n t sa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h i sp a p e rp o i n t so u tt h ef l o o dp h e n o m e n o na n dd i s a s t e r sr e d u c t i o n f l o o d c o n t r o li st oa d o p tt h es t r a t e g yo fc o m b i n i n gs t r u c t u r a lm e a s u r e sw i t hn o n - s t r u c t u r a l m e a s u r e s a n a l y s i so ft h ef l o o dc o n t r o lc o n s u l t a t i o nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e ma n d s y s t e m sd e v e l o p m e n ta tt h i ss t a g ea n dt h ea c h i e v e m e n t sa n dp r o b l e m s ( 2 ) t h i sp a p e ra n a l i z e sa d v a n c e dc o m p u t e ri n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dm a n a g e m - e n tm e t h o d si nt h ep r o c e d u r eo fs y s t e mi n t e g r a t i o n , s u c ha sb sa r c h i t e c t u r e ，o r a c e ， 幽g i s 3 斟k 。a n di t sw a r eu s e dt os o l v ed i f f e r e n tp r o b l e m si nt h es y s t e mi n t e g r a t i o n ( 3 ) n o w a d a y s ，m o s to ft h er i v e r sf l o o dc o n t r o ld e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mi sn o t c o n s i d e r e dd e c i s i o ns u p p o r tt e a mt op a r t i c i p a t ei nt h es t a t e ，p r o p o s e db u i l d i n g d e c i s i o ns u p p o r tt e a mo fy u q i a or e s e r v o i ra n da n a l y s i so ft h ec o n t e n t so ft h e d e c i s i o ns u p p o r tt e a m , c h a r a c t e r i s t i c s ，m e t h o d so fw o r ka n di t sr o l e ( 4 ) t h ec u r r e n td e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mm a i n l yc o n c e n t r a t e di nv i d e oc o n f e r e n c e s a n di n f o r m a t i o na n a l y s i s f u z z yo p t i m i z a t i o nt h e o r yf o rm u l t i o b j e c t i v ea p p l i e dt o f l o o dc o n t r o ld e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m a p p l i c a t i o nm o d e lo p t i o n sf l o o dc o n t r o lp l a n f o r t h ed e c i s i o n m a k e rt op r o v i d et h ed e c i s i o ns u p p o r t a n dt h es y s t e md e s i g n f o l l o w e di nt h ev a r i o u sp r i n c i p l e sa n dt e c h n i c a lr o u t e k e yw o r d s ：n o n - s t r u c t u r a lm e a s u r e s ，f l o o dc o n t r o lc o n s u l t a t i o n ，d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m , r e s e r v o i rf l o o dc o n t r o l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得蠢鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：宗掌；谈 签字日期：二一一7年多月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫叠盘鲎有关保留、使用学位论文的规定? 特授权墨鲞蠢堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 者学渡 签字日期：l 。口7 年月日 导师虢砺 签字日期：夕年 5 蔑 b 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 洪水危害及防洪措施 第一章绪论 洪水一般是指由暴雨、急剧融冰化雪、风暴潮等自然因素引起的江、河、湖 水量迅速增加，水位迅猛上涨的自然现象。洪水是自然界一种随机水文现象，对 环境系统会同时产生有利和不利的影响。也就是说，洪水与其存在的环境系统相 互作用着【1 1 。河道实施行洪可以延缓某些地区植被过快侵占河槽，抑制某些水生 植物过度有害成长，并为鱼类提供更好的产卵基地；为动植物群落提供更好的觅 食、隐蔽和繁衍栖息场和生活环境；洪水携带泥沙淤积在下游河滩地，造就了富 饶的冲积平原。与此相反，洪水所产生的不利后果对自然生态系统和社会经济系 统产生着严重冲击，破坏着自然生态系统的完整性和稳定性。洪水淹没河滩，突 破堤防，淹没农田、房屋，毁坏社会基础设施，造成财产损失和人畜伤亡，对人 群健康、文化环境造成破坏性影响，甚至干扰社会的正常运行。 洪水灾害是当今世界上发生最频繁和危害最大的自然灾害之一。在世界范围 内，每年的洪涝灾害损失占各种自然灾害总损失的4 0 ，全世界每年因自然灾害 而死亡的人数中，约有7 5 是由洪灾造成的。2 0 世纪以来，已有1 0 0 0 多万人死 于自然灾掣2 】。而在过去的1 0 0 年中，世界上死于洪水灾害就达到9 0 0 多万人【3 】。 世界各国约有1 2 的土地面积定期遭受洪水危害【4 】。统计数据表明，水灾损失在 逐年增加。以美国为例，2 0 世纪初水灾年平均损失为1 亿美元，到2 0 世纪8 0 年代，年平均损失就已超过1 0 亿美元，2 0 世纪最后几年，每年损失超过1 0 0 亿 美元。而1 9 9 3 年密西西比河一密苏里河发生了北美洲2 0 世纪最大的流域性洪水， 给美国造成的损失高达1 2 0 - 1 6 0 亿美元【5 1 。可以说洪水灾害是最致命的自然灾害， 它在世界范围内对人类的生命及财产安全构成严重威胁，并因为洪灾的频繁发生 造成的水土流失加重、生态环境恶化影响到了人类的生存环境。洪水灾害对全球 各大洲的影响详见表1 1 【6 】。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 表卜11 9 9 7 年1 9 9 9 年全球水灾统计表 水灾死亡临时疏散人数损失 洲名 次数 人数 万人 亿美元 1 9 9 7 北美洲 1 11 74 8 51 1 21 3 9 o8 7 455 3 中南美 7 1 11 0 0 2 33 90 3 洲 欧洲1 01 61 7 442 1 61 - 43 0 3 93 2 5 亚洲 2 43 91 4 9 23 4 31 2 2 88 25 9 16 2 2 非洲 91 4 2 0 8 0 4 7 83 3 72 3 澳洲 231 80 46o 4 总计6 31 0 0 4 3 4 9 1 0 01 4 9 71 0 09 5 0 31 0 0 1 9 9 8 北美洲 3 21 7 5 7 8 0 44 6 9o 44 1 1 61 8 中南美 1 31 71 2 1 5 37 87 9 3 86 7 73 2 7 11 4 3 洲 欧洲 2 0 1 l 2 8 5o 21 8o 21 4 9 7o 6 5 亚洲 8 14 31 0 0 6 66 53 5 4 2 33 0 32 1 9 7 4 79 6 0 3 非洲 2 7 1 51 0 2 8 1 7 6 5 91 5 9 31 3 0 8 5 o 0 4 澳洲 1 373 8 0 0 01 9 27 9o 11 0 3o 0 5 总计 1 8 61 0 01 5 5 9 7 91 0 01 1 6 7 8 21 0 02 2 8 8 1 91 0 0 1 9 9 9 北美洲 1 61 55 3 l1 25 40 26 0 3 3 42 1 5 中南美 1 2 1 23 0 2 7 5 6 8 91 6 5 75 82 1 0 0 77 5 洲 欧洲 1 31 38 80 22 8o 11 2 4 4 64 4 亚洲 3 7 3 61 2 4 9 42 8 52 5 4 4 18 8 41 8 2 3 5 96 5 1 非洲 1 41 42 6 8o 61 0 0 63 50 7 6 40 3 澳洲 1 01 02 5 70 6 5 9 423 2 3 4 1 2 总计 1 0 21 0 04 3 9 1 31 0 02 8 7 81 0 02 8 0 1 4 41 0 0 表1 - 1 是1 9 9 7 年 1 9 9 9 年的三年间，对全世界因洪灾次数、死亡人数、临 时疏散人数和洪灾损失的初步统计。从上述的数据中看到，洪灾的危害之广，造 天津大学硕士学位论文第一章绪论 成的损失之大都是触目惊心的。而我国幅员辽阔、江河众多、地形复杂、气候多 样、特有的地理位置和气候条件等因素决定了我国的洪水灾害具有范围广、发生 频繁、突发性强、损失大等特点。我国洪涝灾害频发，对流域经济发展及人民生 命财产安全造成直接威胁。 新中国成立以来，我国发生的大洪水有1 9 5 4 年的长江、淮河大洪水，1 9 5 8 年黄河大洪水，1 9 7 5 年淮河大洪水，1 9 6 3 年海河、淮河大洪水，1 9 9 1 年淮河、 太湖大洪水，1 9 9 4 年珠江大洪水，1 9 9 5 年长江、辽河、松花江大洪水，1 9 9 6 年 珠江、长江、海河大洪水，1 9 9 8 年长江、松花江大洪水。其中，1 9 9 1 年大洪水， 造成直接经济损失7 2 5 亿元；1 9 9 8 年大洪水，直接经济损失超过2 7 0 0 亿。而且， 随着社会经济的不断发展，洪水灾害所造成的经济损失与日俱增。特别是各大江 河的中下游1 0 0 多万平方公里的土地，是我国经济发达、人口密度较大的地区， 集中了全国半数以上的人口和7 0 的工农业产值【7 d 1 1 。由此可见，洪涝灾害正呈 现出越来越严重的趋势，并且随着人口增加和社会经济的快速发展，其造成的损 失和影响范围也越来越大。 在漫长的历史时期里，防洪工程一直是防御洪水最主要的措施【i2 1 。2 0 世纪 5 0 年代末美国科学家注意到，尽管修建了大量水库、堤防、河道整治工程和分 洪设施等防洪工程，但洪灾损失仍呈增加之势，灾情突出【1 3 】。人们逐渐认识到： ( 1 ) 随着人口迅速增长和社会财富不断积累，尤其是对洪泛平原过度和无序开 发，即使已修建了大量的防洪工程，但洪灾损失仍有增无减；( 2 ) 在经济发达国 家，条件较好的防洪工程多己建成，由于社会和生态环境保护等方面的原因，继 续修建防洪工程遇到了越来越大的阻力和困难，而经济欠发达国家则因防洪工程 投资巨大和防洪工程效益费用比日趋下降等因素，也深感修建大型防洪工程十分 困难；( 3 ) 各地超标洪水频繁发生，迫切需要提高防洪标准，然而防洪工程的防 洪标准毕竟是有限的，人们不可能完全希冀于防洪工程措施解决洪水灾害问题。 基于上述事实，人们开始反思人与洪水的关系，希望找到适应当代和未来人水关 系的防洪减灾策略。正是在这样的背景下，现代意义的防洪减灾非工程措施被提 出来并受到广泛的认同。 2 0 世纪7 0 年代，美国首先提出采用非工程措施( n o n s t r u c t u r a lm e a s u r e s ) 的概念，即通过洪水预报、防洪调度、灾情评估、防汛会商、分洪、滞洪、立法、 洪水保险、洪泛区管理以及造林、水土保持等非工程措施来减缓洪涝灾害，改变 损失分摊方法，加强防洪管理，顺应洪水的天然特性，因势利导，以达到防洪减 灾的目的【1 4 】。防洪减灾非工程措施是在防洪工程措施不足以解决洪水灾害的背景 下提出的，因此在一定意义上它可以被视为防洪工程措施的一种补充，但是，从 防洪减灾的策略思想考察可见，它是一类独立的防洪减灾策略思想，体现了人类 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 尊重洪水规律，主动协调人与洪水关系的自然观和社会发展观。可以说，防洪减 灾工程措施着眼于“管水 ，而防洪减灾非工程措施着眼于“管人。可见，防洪 工程措施和防洪非工程措施分别从不同的角度处理人与洪水的关系，体现了两种 不同的防洪策略思想，都是不可缺少的，它们的正确结合才能最有效的达到防洪 减灾的目的【1 2 】。于是世界各国在防洪减灾规划上同时采用工程措施和非工程措施 相结合闱。 防汛会商决策支持系统是防汛非工程措施中非常重要的一种。而防汛信息化 是防汛会商决策的基础，防汛信息化的建设在防汛会商中具有举足轻重的作用。 一个高效、实用的防汛会商决策系统需要采用先进的信息技术来管理各种防汛信 息资源，能够在海量信息中寻找答案、及时地、快速地、准确地回答防汛会商决 策中决策者提出的各种问题，并将相关的各种信息以形象、直观的形式呈现在会 商现场。 我国防汛信息化的发展，从1 9 9 2 年“全国防汛信息管理系统”规划，至u 1 9 9 7 年“国家防汛指挥系统”设计，再至u 2 0 0 2 年“全国水利信息化规划”的编制，该 过程说明了我们对水利信息化有了更加全面、更加深刻的认识。水利信息化的本 质就是：采集、存贮、传输、处理使用现代信息技术，使得所有水事活动有序化， 在满足社会可持续发展的前提下，最大限度地趋利避害，减少水资源的消耗与浪 费，使其发挥最大效益。信息技术的高度渗透性，使得水事活动都能进入信息高 速公路，具有更高的效率，取得更好的效益【1 们。2 0 0 1 年4 月，水利部信息化工作 领导小组在北京召开全国水利信息化工作座谈会，交流和部署了全国水利系统信 息化工作任务，制定了“金水工程十五计划及2 0 l o 年规划纲要”。为提高洪 水预报精度、增长预见期、抵御超标准洪涝灾害、提高防灾抗灾科学决策水平， 近年来，我国在树立信息系统工程建设取得了较显著的成效【1 7 1 ，对抵御洪涝侵袭 起到了一定的作用。 防汛信息化建设是一项全新的工作，是运用先进的水利和信息技术，对传统 的流域治理开发与管理手段进行改造，实现“信息技术标准化、采集自动化、传 输网络化、管理集成化、处理智能化、政务办公电子化，提升防汛业务的科技 含量与管理水平，推进防汛现代化【1 引。信息是防汛决策的基础、是指挥调度的根 据。正确的决策是防汛指挥管理中的中心环节。正确的决策必须依赖于对有关信 息的准确判断。必须全面、及时、准确地掌握信息。因此，信息是基础、是根据， 信息是防汛指挥的耳目和尖兵。从防汛的实践来看，信息对防汛指挥具有十分重 要的作用。我们曾经为不重视水、雨情信息的采集、传输、归纳和总结，在处理 突发事件时没按科学的方法对待防汛工作而付出了沉重的代价。如1 9 7 5 年8 月 淮河大水，河南西部板桥、石漫滩两座水库垮坝事件，就造成了严重的经济损失 天津大学硕士学位论文第一章绪论 和政治上的恶劣影响。经过1 9 7 5 年8 月大水的惨痛教训后，水利部于1 9 7 5 年 1 2 月在郑州召开全国防汛和水库调度安全会议，总结经验教训，提出建立防 汛通信网，逐步实现水利调度现代化。2 0 多年来，水利部在防汛通信方面加大 了投人，在充分利用邮电通信进行防汛信息传输和指挥调度的基础上，还在重点 偏远防洪地区建设了防汛通信专网。先后建立了：( 1 ) 水库遥测水、雨情自动测报 系统；( 2 ) 蓄滞洪区通信预警及信息反馈系统；( 3 ) 以流域为主的跨地区、跨省干线 通信网：( 4 ) 从中央到流域及重点防洪地区的卫星通信系统【l9 1 。防汛通信网发展的 使防汛信息化在水文报汛、抢险救灾、防洪调度中发挥了巨大作用。例如在1 9 9 5 年富春江流域洪水、1 9 9 8 年长江流域大洪水中防汛信息化发挥了极其重要的作 用。 防汛会商决策对防洪减灾具有重要的现实意义：就当前重点防洪地区的实际 情况而言，实际可行的途径是在努力提高江河防汛能力的同时，应加强防洪减灾 的非工程措施建设，以防汛信息化建设为背景，在防汛指挥系统建设的基础上， 结合高新技术建设一个高效、可靠、实用的防汛会商决策系统。当发生洪水时， 可迅速采集和传输水情、雨情、工情和灾情，并对其防洪形势作出分析，对发展 趋势作出预测，经过分析计算后确定调度方案，指挥抢险救灾，使洪涝灾害损失 减少到最小。 1 2 论文研究的工程背景 1 2 1 于桥水库流域概况 于桥水库是天津市最大的一座大型水库，坝址位于蓟县城东4 公里，蓟运河 左支流州河上游出山口处，流域面积2 0 6 0 平方公里，占整个州河流域面积的9 6 ， 总库容1 5 5 9 亿立方米。1 9 8 3 年纳入引滦工程后，成为以防洪和城市供水为主， 兼顾发电、灌溉等多重任务的大i 型调蓄水库。于桥水库作为引滦入津重要调节 水库，存蓄上游潘家口水库调引水源，经引滦专用输水渠道给城市供水。整个流 域位于燕山山脉的迎水坡，属暖温带大陆性季风性半湿润气候，多年平均降雨量 在7 5 0 毫米左右，多年平均径流量5 0 6 亿立方米，降雨多发生在七、八两月， 占全年降雨的8 5 ；暴雨中心常在水平口、马兰峪、遵化等地，州河上游主要接 纳淋河、沙河、黎河三支汇流，其中沙河水量最大，多年平均径流量2 7 亿立方 米。州河由沙河、淋河、黎河三大支流汇合而成，各支流上游沟涧甚多，支流分 散成辐射状汇集于州河盆地，水库库区即位于该盆地，最大回水长东西约3 0 公 里，南北宽8 公里，最大淹没面积2 5 0 平方公里，正常蓄水位时淹没面积8 6 8 天津大学硕士学位论文第一章绪论 平方公里，州河流域境内雨量充沛，多年平均降雨7 5 0 毫米，多年平均径流量 5 0 6 亿立方米。 水库下游直接影响范围有蓟县、宝坻、宁河、玉田、汉沽等各县( 区) 的低 洼地区近百万人口，3 0 0 余万亩耕地，并影响京秦、大秦、京山、 津蓟四条铁路干线和京哈、邦喜、津围等公路干线的安全。 水库枢纽工程有拦河坝、放水洞、溢洪道、水电站。拦河坝为均质土坝，全 长2 2 2 2 米，最大坝高2 4 米，坝顶高程2 8 7 2 米，放水洞( 兼发电洞) 洞径5 米， 最大放水能力1 5 0 立方米每秒，坝后电站设贯流式机组4 台，总装机5 0 0 0 千瓦。 溢洪道为开敞式堰闸，八孔闸门，净宽为8 0 米，最大泄洪能力4 1 3 8 立方米每秒。 1 2 2 于桥水库防汛会商决策系统建设 于桥水库防汛会商决策系统是于桥水库防汛减灾的重要组成部分。1 9 8 5 年， 于桥水库管理处与南京水文自动化研究所合作，在国内率先建立了于桥水库水文 自动测报系统。该系统由一个主控站、十个遥测站组成，其功能是采集流域内实 时发生的降雨量和水位等数据。1 9 9 6 年，又对水文测报系统进行软件方面的完 善，增加了洪水预报自动计算和以图形、表格及数值多种形式显示雨水情和预报 调度成果的功能。2 0 0 1 年又对该系统进行了全面更新升级，对遥测站设备、水 文设施进行改造，增加了水文遥测站点。引滦工程管理局防办在防汛管理中已采 用了信息化技术，初步建立了信息化系统。防汛信息化的建设为于桥水库防汛会 商决策系统提供了良好的的研究和建设基础。 于桥水库防汛会商决策系统是一个涉及到该流域社会、经济、生态环境、水 资源、水利工程建设与管理、以及时间和空间的复杂系统【2 0 】。防洪是关系国计民 生的大事，决策正确与否意义重大。防汛会商决策是防汛指挥决策过程中最重要 的工作环节，它通过会议的形式，利用引滦工程管理局防办的防汛管理的信息化 技术等高科技技术，集中研讨当前于桥水库的水情、气象、工情的形势和发展趋 势，从防汛决策支持小组根据高层决策者、水利专家的要求，预制的各种可行防 洪调度方案中，防汛决策者做出科学决策，以确保水库防洪工程安全、充分发挥 工程效益、尽量减少洪灾损失和对环境生态的不利影响等原则，选择出满意的调 度方案，并对各种防洪预案做出科学的评估和决策。防汛会商决策支持系统就是 防汛指挥的信息化电子平台，以数字化和信息化方式实现防汛指挥决策现代化 2 h 。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 防汛会商决策支持系统的发展现状及存在的问题 1 3 1 防汛决策支持系统的发展及研究现状 决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，d s s ) 的概念是由美国m s s c o t t m o r t o n 在1 9 7 1 年管理决策系统一文中首先提出的1 2 2 】。随后，又有r h s q r a q u e 与e d c a r l s o n 、p g w k e e n 、s s m i t t r a 等从不同方面对决策支持系统下了 定义，归纳起来可以说“决策支持系统是利用数据库、人机交互进行多模型的有 机结合，辅助决策者实现科学决策的综合集成系统” 2 3 o 它是信息系统经电子数 据处理系统( e l e c t r i cd a t ap r o c e s s i n gs y s t e m ，e d p s ) 和信息管理系统 ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，m i s ) 发展所形成的一种新形式。d s s 是以管 理科学、运筹学、行为科学和控制论为基础，以计算机技术、仿真技术、人工智 能技术、经济数学方法、信息技术和可视化方法等为手段，以模型为驱动，通过 提供各种各样数据、信息、模型的分析操作，面向半结构化和非结构化的决策问 题，为决策者提供一个将知识性、主动性、创造性和信息处理能力相结合、定性 与定量相结合的决策环境，辅助支持中高级决策者进行决策活动的一种人机系 统。 自1 9 7 1 年麻省理工学院s c o t tm o r t o n 最早提出d s s 的概念以来，d s s 的研究和 应用得到了长足的发展，其大致经历了如下的发展阶段。 7 0 年代初期d s s 技术刚刚兴起，以实现管理者对半决策问题的决策过程的辅 助支持为目的，此时d s s 的主要标志是把交互式技术应用到管理当中。 7 0 年代中后期实现了管理支持，决策者可以做出判断和决策，其标志就是对 决策过程的支持。 8 0 年代初期d s s 已开始流行于国外，运筹学、决策科学等交叉学科得以应用 于d s s 中，此时开始注重决策的有效性。8 0 年代中期d s s 已具备了多方面的功能， 此时的d s s 已开始走向实用，越来越多实用性的d s s 在国外相继出现。 8 0 年代后期，专家系统和人工智能技术的引入，使d s s 在思想方法上得到了 较大的变更d s s 也具有了更强的实用性。 进入9 0 年代，随着计算机技术的日益进步，d s s 技术与其它各种技术相结合， 发展并形成了智能决策支持系统i d s s 、群d s s 、集成式d s s 以及多目标d s s 等多种 方式。 我国对决策支持系统的研究始于8 0 年代中期【2 4 1 ，决策支持系统在水利行业中 的应用则更晚。许多研究包含了防汛决策的内容，对防汛指挥决策支持系统构成 技术上的支持。如：对传统的流域洪水预报方案进行改进，建立计算机模型和应 天津大学硕士学位论文第一章绪论 急对策；水利工程优化调度，包括单库调度、库群调度、分洪区调度以及各种水 利工程的联合调度【2 5 1 ；以遥感为数据源，以g i s 为工具，对洪水实行准动态实时 监测，对洪灾损失进行评估【2 6 - 2 7 ；中小流域产汇流计算；分洪区、城市的二维洪 水演进等等 2 8 - 2 9 。八十年代末期，崔家骏等率先引入d s s 的概念和方法，完成了 黄河防洪决策支持系统的分析和设计【3 0 】，随后孟波等提出了城市防洪决策支持系 统【3 ，翁文斌等完成了汾河防洪专家系统的设计和开发【3 2 】，李发文等对长兴岛 防洪决策支持系统设计与研究【3 引，邵鹰等对建立长江防洪决策支持系统进行了探 讨【3 哪等。 “八五”以来，国内在防汛决策支持系统方面的科研项目主要包括以下几 个： ( 1 ) 长江防洪决策支持系统( 国家八五科技攻关项目) ，该系统针对长江三 峡工程至螺山河段防洪系统的防洪调度运行决策问题，开发了基于文本和图片信 息查询的防洪知识库，研制了可量化的防洪决策风险分析模型，运用了g i s 技术 建立了为长江中游防洪调度提供决策支持的系统模型【3 5 1 。 ( 2 ) 黄河防洪防凌决策支持系统( 国家八五科技攻关项目) ，该系统总结了 历年来黄河防洪防凌的历史经验和防洪调度规律，应用决策支持系统和专家系统 开发技术，为黄河防洪防凌决策提供支持。系统由信息查询、暴雨洪水预报、防 洪调度、灾情评估和减灾对策、防凌等五个子系统组成【3 6 】。 ( 3 ) 全国防洪调度系统( 世行贷款项目) ，该项目实现了中央防汛信息系统 由集中式处理向分布式处理的过度。并选择淮河正阳关以上区域主要防洪工程为 调度对象，开发防洪综合数据库和监视查询，交互式洪水预报、防洪调度、会商 显示等功能，建立以图形界面驱动的综合信息服务系统，并集成为实用的可操作 的原型系统【3 刀。 ( 4 ) 国家防汛总指挥部自动化系统( 中日合作项目) ，该系统以漳卫南运河 为示范区，建立了实时水情接收处理子系统、实时汛期监测子系统、防汛会商地 理信息子系统和气象服务子系统。基本实现了实时水情信息接收处理入库的自动 化；实时汛期的自动监视和分析；以电子地图为基础的水、雨、工程图形和信息 的查询以及气象信息，使中央防汛信息系统得到了很大的改进。 ( 5 ) 近几年，随着国家防汛指挥系统工程项目试点建设的开展，全国各省 市也都相继开展了防洪决策支持系统的研究和开发工作，取得了一些实用性与先 进性较好的成果 3 8 - 3 9 。 1 3 2 防汛会商系统的研究现状 防汛会商系统是整个防汛指挥系统的重要组成部分，在防汛决策过程中起着 天津大学硕士学位论文第一章绪论 至关重要的作用。它针对防汛会商过程的特点和需要，充分利用现代通信技术、 网络技术、视频技术、音频技术等先进条件，以防汛决策支持系统中的其它业务 子系统为基础，是一个在逻辑上的系统集成的运行控制环境，为防汛会商决策提 供综合服务和决策支持服务。 国内对防汛会商方面也有了一些有益的研究，如：王乃晖【加1 等人进行了海委 防汛会商系统的设计与实现、翟宜峰【4 1 】等人对黑龙江省防汛会商系统进行了研究 与设计、张永【4 2 】等人对黄河防汛虚拟现实会商进行了一些有益的探讨、于斌【4 3 】 对水利防汛电子会商支持系统实现异地视频会议进行了研究等等。这些应用为防 汛过程中的会商提供了一定的支持作用。 随着网络技术、g i s 、数据仓库等先进技术发展，有利的推动了防汛会商系 统的开发并取得了许多实际成果。如：海委防汛会商系统、长江防汛信息服务系 统中的会商子系统、长江流域防汛水情会商系统、珠江流域水情会商系统以及黄 河下游工情险情会商系统等。其中，海委防汛会商系统，以处理图形和数据为基 础，具有图形功能强、运行速度快、用户界面友好、实现方式简单快捷、良好的 可移植性等特点；黄河下游工情险情会商系统，以黄河流域图和黄河下游河道地 形图为背景，提供形象直观的工情险情会商环境；珠江流域水情会商系统，应用 g i s 技术来显示和处理流域内河流水系、水文站、雨量站、潮位站、水库、城市 等有关地理信息，为珠江流域防汛决策及时方便的提供各种水、雨情的准确信息， 系统具有操作方便灵活、界面简洁直观、信息含量丰富等特点。以上的研究成果 为防汛会商系统的研究开发积累了经验，为防洪减灾工作提供了依据和支持。 1 3 3 防汛会商决策支持系统存在的问题 要支持河流防汛会商中的决策，就需要研究相应的决策支持的内容和特点开 发适用的决策支持系统。目前大多数河流防汛的决策支持系统【5 】往往只针对某 一种决策问题，没有考虑专家小组、领导参与情况的应用背景。另一方面，防汛 会商系统的研究【4 2 郴】集中在视频会议和会商信息系统的研究上，系统构建的目标 在于提供视频会议的组成结构、设备连接、通讯技术支持或提供会议支持和信息 查询分析功能，而对会商过程中的多种决策缺乏有力支持。 可见防汛决策支持系统与防汛会商系统分别己有不少的研究，但两者要么相 互独立，要么后者仅仅作为前者的子系统，还不能满足防汛会商中的决策支持的 需要。同时当前类似系统由于缺乏对会商过程的仿真建模，造成在开发过程中重 复开发、不断修改，造成人力、时间等方面的浪费。 因此，研究一种能有机融合两者并在进行防汛会商时决策者在防汛会商决策 支持小组的协助下进行防汛指挥调度的决策支持系统，更具有现实意义和实用价 天津大学硕士学位论文第一章绪论 值。 1 4 本文研究意义及内容 就于桥水库实际工程防汛而言，在水库及河道的防汛能力已经确定的情况 下，其主要途径是加强防汛减灾的非工程措施建设，以于桥水库的防汛信息化建 设为客观条件，在防汛减灾系统建设的基础上，以计算机网络系统作支撑，建立 一个高效、可靠、实用及与于桥水库实际工程特点相结合的防汛会商决策系统。 当于桥水库有防汛任务时，可迅速采集和传输水情、雨情、工情和灾情，并对水 库及下游河道的防汛形势作出分析，对洪水未来的发展趋势作出预测，经过分析 计算后确定调度方案，指挥抢险救灾，使洪涝灾害损失减少到最小，这对于桥水 库防汛减灾具有重要的实际意义。 本课题来源于天津市引滦入津水源保护工程管理信息系统工程水业务系统 之于桥水库雨洪利用与防汛减灾子系统的研究。本文根据防汛会商决策支持系统 的发展状况及存在的问题，结合于桥水库防汛会商决策支持系统的研究与实际工 程背景，从系统的网络体系结构及相关的技术与方法、防汛会商决策支持小组建 设、洪水调度会商决策支持、系统设计原则等方面展开研究工作，探讨了于桥水 库防汛会商决策支持系统的设计与研究的方法。可见，本文研究不但具有理论意 义，而且对于桥水库防汛会商决策支持系统的研究与开发更具实际意义。 天津大学硕士学位论文第二章网络体系结构及相关技术与方法 第二章网络体系结构及相关技术与方法 于桥水库防汛会商决策支持系统体系结构的设计是整个系统设计的关键，体 系结构是系统的骨架，将贯穿于从系统整体设计到升级维护的各个阶段，对系统 性能起到决定性的作用。选择一个合适的体系结构能为于桥水库防汛会商决策支 持系统的防汛信息分析、防汛会商、防汛决策、防汛调度指挥及调度指令的下达 提供一个框架，使之结合为一体并良好的工作，使系统的开发工作事半功倍，而 选择一个不合适的体系结构无论对系统的设计开发人员还是用户都会带来灾难 性的后果。 本章主要对代表着技术发展方向的浏览器服务器( b s ) 体系结构特点进行 了分析，阐述了目前于桥水库防汛会商决策支持系统采用浏览器服务器( b s ) 体系结构的技术优势。 本章还简要介绍了防汛会商决策支持系统在应用研究过程中采用的相关技 术支持和方法，包括o r a c l e 数据库管理系统、w e bg i s 、j a v a 编程技术等先进 的计算机信息技术和管理方法的基本概念、功能、特点以及在系统中应用的原因 和要求。 2 1 b s 结构技术特点 基于w e b 技术的浏览器服务器结构，即b r o w s e r s e r v e r ( 简称b s ) 结构，是 指在t c p i p 的支持下，以h 1 t p 为传输协议，客户端通过b r o w s e ，访问w e b j 艮务器 以及与之相连的后台数据库的技术及体系结构，这是一种真正的开放结构，是随 着i n t e r n e t 技术的兴起，采用三层结构即b r o w s e r w e bs e r v e r d a t a b a s es e r v e r 体系结构。见图2 - 1 浏览器服务器体系结构示意图。 从而成为一种由表示层( b r o w s e r ) 、应用逻辑层( w e bs e r v e r ) 与数据库服务 层( d a t a b a s e s e r v e r ) 构成的三层分布式结构，如图2 - 2 所示。 天津大学硕士学位论文 第二章罔络体系结构及相关技术与方注 暂据库噩务$ 敬掘请求 翦据结皋 绸酞 l 口1 口l1 口j 宙曼宣言勇耐宙量茸 客户蛸客户端客户端 圈2 - 1 浏览器服务器体系结构示意图 客户端 应用服务器 数据库服务器 圈2 - 2 三层应用模型 b s 结构丰要是利用了不断成熟的w e b 浏览器技术，客户端丰要负责人机交 互，包括一些与数据和应用关系的图形和界面运算：w e b 服务器主要负责对客户 端应用程序的集中管理，应用服务器丰要负责应用逻辑的集中管理即事务处理： 数据服务器则主要负责数据的存储和组织、数据库的分布式管理、数据库的备份 和同步等功能。b s 结构提供了一个跨平台的简单一致的应用环境，实现了开发 环境与戍用环境的分离，使开发环境独立于用户的应用环境。 由于于桥水库防汛会商决策支持系统体系是建立在于桥水库管理处网络之 上，面向对象是水库管理趾的运行与管理人员，因此该系统体系结构的选择不仅 与水库管理处的实际环境、数据流程有关，影响水库管理处的管理与决策工程和 信息集成方式，而且也影响系统计算机硬件、软件平台的选择，同时也影响整个 系统的开发策略与开发效率m j ，因而必须综合技术性、安全性与经济性进行分析， 并在此基础上慎重的选择。防汛会商集成化管理需要有一种台适的体系结构作为 系统集成的基础，采用s s 体系结构具有如下优点： 蠢 天津大学硕士学位论文第二章网络体系结构及相关技术与方法 1 网络连接 b s 结构中客户端与服务器可采用非持续性连接，由于数据都在应用服务器 上进行分析处理，数据的多次交互可限定在应用服务器与数据服务器之间，客户 端只是起个显示结果的作用，大部分中间结果不需传回到客户瑞，只传送少量报 文而不传送整个数据记录，所以在应用服务器与客户端之间传送数据量小，从而 减轻了网络负载。 2 服务器性能要求 b s 模型中数据的分析处理在专门的应用服务器上执行，通过中间层的缓冲， 连接数据库的用户数大大减少，减轻了数据库服务器的负荷。虽然增加了应用服 务层，并不会使系统的性能和可靠性降低。因为在动态分布式计算系统中，不必 要确切指出应用服务的网络地址，如果应用服务器超负荷，可以通过统一的调度 管理程序将请求转移到其他应用服务器上来消除瓶颈，所以说b s 结构能够平衡 负载，最大限度的利用资源和尽量减少服务器的负荷。 3 客户端的简化 b s 结构所要求的客户端软件极其简单，只需在客户端装有通用的浏览器软 件即可，具有统一的用户界面( 全部为浏览方式) 。浏览器易于使用、界面友好， 通过鼠标即可访问文本、图像、声音、视频及数据库等信息，操作相对简单，一 劳永逸的解决了用户的使用问题，特别适合于非计算机专业人员使用，无论是决 策层还是操作层的人员可以直接使用。并且b s 结构下客户端的浏览器以显示功 能为主，这样不但可以节省客户机的硬盘空间与内存，降低了对客户端计算机配 置的要求，而且可以更好的支持分布式计